Myosin 1-mediated Exocytosis of Glucose Transporter Storage Vesicles
Final Report Abstract
Im Rahmen des Projekts haben wir die Motordomäne von Myosin-1c und IQ1 der Hebelarmdomäne im Komplex mit Calmodulin im Prä-Kraftschlag Zustand kristallisiert und die Struktur bis zu einer Auflösung von 2,7 Å gelöst. Die Orientierung des Hebelarms und die daraus resultierenden Interaktionen legen nahe, dass eine direkte Kommunikation zwischen Calmodulin und Motordomäne die spezifischen Ca2+-regulatorischen Eigenschaften von Myosin-1c vermittelt. Weiterführende zellbiologische Untersuchungen, die teilweise mit dem von uns beschriebenen Myosin-1-Hemmstoff Pentachlorpseudilin durchgeführt wurden, zeigen, dass der Verlust an funktionellem Myosin-1c zu einer Anreicherung und gestörten subzellulären Verteilung von Cholesterin sowie einer Anhäufung autophagischer Strukturen führt. Die im Rahmen des Projekts gelösten Strukturen der Motordomänen der Klasse-2 Nicht- Muskelmyosine NM-2B und NM-2C ermöglichen eine genauere Modellierung der Konsequenzen von Mutationen, die im Rahmen der sogenannten MYH9-RD Krankheit (engl., MYH9-related disease) eine Rolle spielen. Für Myosin-18A konnten wir zeigen, dass seine Motordomäne keine intrinsische ATP-Hydrolysekompetenz besitzt. Die Motordomäne zeigt ihre höchste Aktin-Affinität im ADP-gebundenen Zustand. Myosin-18A vermittelt so über seine Motordomäne Nukleotid-abhängig und über eine N-terminale Subdomäne Nukleotidunabhängig - unter Einbeziehung weiterer Bindungspartner wie GOLPH3 - zwischen spezifischen subzellulären Strukturen. Die Aktivität von Myosin-18A als Aktin-Cross-Linker wird dabei auf verschiedenen Ebenen reguliert. Mit Hilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie haben wir die hochaufgelösten Strukturen mehrerer Komplexe von F-Aktin und Tropomyosin mit und ohne Myosin bestimmt. Im Rahmen weiterführender Arbeiten untersuchen wir zurzeit die Auswirkungen krankheitserzeugender Mutationen, die in Aktin, Myosin oder Tropomyosin auftreten und entwickeln, in Zusammenarbeit mit Kolleginnen und Kollegen in klinischen Abteilungen, Wege zu passgenauen Therapieansätzen.
Publications
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Expression, purification, crystallization and preliminary X-ray crystallographic analysis of human myosin 1c in complex with calmodulin. Acta Crystallogr Sect F Struct Biol Cryst Commun. 2013 Sep; 69(Pt 9):1020-2
Münnich S and Manstein DJ
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Functional characterization of human myosin-18A and its interaction with F-actin and GOLPH3. J Biol Chem. 2013 Oct 18; 288(42):30029-41
Taft MH, Behrmann E, Munske-Weidemann LC, Thiel C, Raunser S, and Manstein DJ
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Crystal structure of human myosin 1c--the motor in GLUT4 exocytosis: implications for Ca2+ regulation and 14-3-3 binding. J Mol Biol. 2014 May 15; 426(10):2070-81
Münnich S, Taft MH, and Manstein DJ
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Crystal structure of the rigor-like human non-muscle myosin-2 motor domain. FEBS Lett. 2014 Dec 20; 588(24):4754-60
Münnich S, Pathan-Chhatbar S, and Manstein DJ
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Loss of functional MYO1C/myosin 1c, a motor protein involved in lipid raft trafficking, disrupts autophagosome-lysosome fusion. Autophagy. 2014 Dec 2; 10(12):2310-23
Brandstaetter H, Kishi-Itakura C, Tumbarello DA, Manstein DJ, and Buss F
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Molecular mechanisms of disease-related human beta-actin mutations p.R183W and p.E364K. FEBS J. 2014 Dec; 281(23):5279-91
Hundt N, Preller M, Swolski O, Ang AM, Mannherz HG, and Manstein DJ, and Müller M
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Structure of the F-actin-tropomyosin complex. Nature. 2015 Mar 5; 519(7541):114-7
von der Ecken J, Müller M, Lehman W, Manstein DJ, Penczek PA, and Raunser S
